(57)【要約】【課題】  太陽光の照射による温度上昇を抑える。【解決手段】  基材２の主面上に酸化チタンからなる断熱層４を設けることで、断熱層４が設けられた一方主面側に太陽光が照射されたときに、他方主面側の太陽光の照射による温度上昇を抑制させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、この基材の主面上に設けられた酸化チタン膜からなる透明な断熱層とを備えることを特徴とする太陽光断熱材。
【請求項２】
上記基材と上記断熱層との間には、透明な下地層が設けられていることを特徴とする請求項１記載の太陽光断熱材。
【請求項３】
上記基材が、略板状の金属からなることを特徴とする請求項１記載の太陽光断熱材。
【請求項４】
上記基材が、ガラスからなることを特徴とする請求項１記載の太陽光断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光が照射されることで断熱効果を発揮する太陽光断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、建造物、バスや電車等といった移動体等においては、太陽光の照射により加熱されて温度上昇することを抑制させるために、太陽光を反射する光沢のある素材を外表面に設けたり、光沢のある塗装或いは表面処理等を施したりすることで対応している。
【０００３】
また、外表面に、例えば白色或いは淡色を呈するように塗装や表面処理等を施すことでも太陽光照射による温度上昇を抑制させる効果があることがわかっている。これは、太陽光の反射を効率よく反射させて、吸収を抑えることで、太陽光照射による温度上昇を抑制させるものである。
【０００４】
また、特許文献１等には、例えば酸化チタンを応用して太陽光照射による温度上昇を抑制させることが東京大学先端科学センターの橋本和仁教授の研究チームにより報告されている。具体的には、酸化チタンの光照射されると水に対する濡れが大きくなる現象、いわゆる酸化チタンの超親水性を利用して、酸化チタンを被着した屋根に太陽光が照射されて超親水状態になったときに、酸化チタンに水を浴びせ流すことにより、熱伝導を抑制させて建造物の外壁や屋根の冷却効果の向上を図るといった内容の提案が報告されている。
【０００５】
しかしながら、以上のような酸化チタンの超親水性を利用した提案は、例えば酸化チタンに絶えず水を浴びせ流す必要があり、水を循環させたりするための大掛かりな装置等が必要となることから、実施することが困難であるのが現状である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３５００２６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、基材の色や質感を損なうことなく、太陽光の照射により加熱されて起こる温度上昇を抑制させる、すなわち太陽熱に対する断熱効果が高められた太陽光断熱材を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した問題を解決するために、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、可視光を遮断することのない透明性の高い酸化チタン膜からなり、太陽光が照射されることで断熱効果を発生させる断熱層を基材の主面上に設けることで、基材の色や質感を損なうことなく、太陽光の照射により加熱されて起こる温度上昇を抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
本発明に係る太陽光断熱材は、基材と、この基材の主面上に設けられた酸化チタン膜からなる透明な断熱層とを備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明に係る太陽光断熱材は、基材と断熱層との間には、透明な下地層が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
本発明に係る太陽光断熱材は、基材が、略板状の金属からなることを特徴としている。
【００１２】
本発明に係る太陽光断熱材は、基材が、ガラスからなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基材の主面上に、透明性の高い酸化チタン膜からなり、太陽光が照射されると断熱効果を生じる断熱層を設けることで、太陽光の照射により加熱されて起こる温度上昇を抑制させることができる。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、太陽光断熱材の断熱層側の一方主面に太陽光が照射しているときに、他方主面側の温度上昇を抑制させることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、酸化チタン膜からなる断熱層が下層の基材を透視可能とすることで基材の色や質感を損なうことなく基材を外部に露出できる。
【００１６】
さらに、本発明によれば、基材と断熱層との間に透明な下地層を設けることで、基材の主面に酸化チタン膜からなる断熱層を適切に設けることができ、断熱効果を一層高めることができる。
【００１７】
さらにまた、本発明によれば、基材にガラスを用いることで、ガラスの透明性を損なうことなく断熱性を高めることができ、例えば家屋の窓ガラス等を太陽光断熱材にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した太陽光断熱材について図面を参照にして詳細に説明する。
【００１９】
図１に示す本発明を適用した太陽光断熱材１は、略板状の基材２と、この基材２の一方主面に設けられた下地層３と、この下地層３上に積層形成された酸化チタン膜からなる断熱層４とを備えている。さらに、必要に応じて、断熱層４の外表面に、ここでは図示しないが断熱層を保護する被覆層等を形成することができる。
【００２０】
基材２を構成する材料としては、例えば無機物、有機物、金属類の単独体及びこれらの複合体のいずれの部材でも良い。具体的に、無機物としては、例えばガラス、陶器類、セメント類、セラミックス類、天然石等が挙げられ、有機物としては、例えばポリエチレン、ＡＢＳ、ポリプロピレン、ポリメチルメタアクリレート、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂やＦＲＰ、ゴム等が挙げられ、、金属材としては、例えばアルミニウム、鉄、銅、ステンレス等、及びこれらの金属複合材等が挙げられる。
【００２１】
具体的に、基材２には、例えば亜鉛めっき鋼板、ガラス板、石膏ボード等を用いる。さらに、具体的には、例えば家屋の屋根材と用いられる亜鉛めっきを施した波状鉄板、いわゆるトタン板や、窓枠にはめ込まれるガラス板等が挙げられる。本発明をコーティング方法で実施するには、刷毛、スプレー、スピンコート、ディップコートなどいずれの手法を用いることができる。
【００２２】
下地層３は、透明性を有し、後述する断熱層４を適切に基材２上に積層形成させるために、基材２と断熱層４とを密着させる接着層として機能する。下地層３となる材料としては、例えばアクリル樹脂等の熱可塑性バインダー、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、シロキサン樹脂等といった熱硬化性樹脂等を使用することができる。また、密着強度を確保するためのバインダーとして、例えばシリカ（ＳｉＯ２）等のセラミックスやポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）等のポリマー等を添加することができる。
【００２３】
具体的に、下地層３には、例えばシリコンレジン（有機ポリシロキサン）等を用いる。
【００２４】
また、この下地層３は、その厚みが０．００１μｍ〜１０００μｍ程度の厚みにされている。
【００２５】
下地層３の厚みが０．００１μｍより薄くなると、ピンホール等が生じる虞があり、基材２の主面に下地層３を適切に形成させることが困難になる。一方、下地層３の厚みが１０００μｍより厚くなると、透明性が損なわれる虞がある。
【００２６】
したがって、下地層３においては、その厚みを０．００１μｍ〜１０００μｍの範囲にすることにより、透明性を損なうことなく基材２上に適切に形成できる。
【００２７】
断熱層４は、上述した下地層３を介して基材２上に積層形成された酸化チタン膜からなる。この断熱層４は、例えば太陽光が照射されることにより、その理由は明らかではないが、太陽光の照射により加熱されて起こる温度上昇を抑制させる、すなわち断熱効果を発生するものである。
【００２８】
なお、ここでの断熱効果とは、例えば基材２の一方主面側に太陽光が照射しているときに、他方主面側の温度上昇を抑えることである。
【００２９】
そして、この断熱層４となる酸化チタン膜を構成する材料としては、例えばルチル型の酸化チタン、ブルッカイト型の酸化チタン、アナターゼ型の酸化チタン、超微粒子、非晶質の酸化チタン等が挙げられる。さらに、酸化チタンゾル溶液、酸化チタンゲル体又は酸化チタンゾル・ゲル混合体等が挙げられる。本発明では、これらのうちの何れか一種若しくは複数種を混合して用いることができる。
【００３０】
また、本発明では、酸化チタンゾル又は酸化チタンゲルの出発原料としては、金属有機化合物であるチタンアルコキシド、しゅう酸チタン、金属無機化合物として硝酸チタン、四塩化チタンを用いることができる。チタンアルコキシドとしては、例えば、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンイソプロポキシド、チタン−ｎ−プロポキシド、チタンテトラ−ｎ−ブトキシド、チタンテトライソブトキシド、チタンメトキシプロポキサイド、チタンジクロライドジエトキサイド等が挙げられる。
【００３１】
本発明において、ルチル型の酸化チタン、ブルッカイト型の酸化チタン、アナターゼ型の酸化チタン、超微粒子、非晶質の酸化チタン、酸化チタンゾル、酸化チタンゲル体又は酸化チタンゾル・ゲル混合体を、溶媒に含有させることが好ましい。
【００３２】
これら溶媒としては、有機溶媒及び水等がある。有機溶媒としては、アルコール類、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、フェノール類、エーテル類、エステル類、窒素化合物がある。さらに、具体的に、有機溶剤としては、例えばヘキサン、トルエン、ベンゼン、キシレン、シクロヘキサン、四塩化炭素、フェノール、クレゾール、ジエチルエーテル、ジオキサン、アセトン、酢酸エチル、酢酸プロピル、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ピリジン等が挙げられるが、特に、ＣｎＨ２ｎ＋１ＯＨの構造式で表されるアルコール類を使用することが望ましい。このようなＣｎＨ２ｎ＋１ＯＨの構造式で表されるアルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、１−プロパノール、イソプロピルアルコール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブチルアルコール、ｔｅｒ−ブチルアルコール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール等が挙げられる。
【００３３】
また、断熱層４は、透明性を有している。これにより、太陽光断熱材１においては、透明性を有する下地層３及び断熱層４を介して基材２を視認することができ、基材２の色や質感を損なうことなく外部に露出できる。
【００３４】
断熱層４の厚みは、０．００１μｍ〜１０００μｍ程度の厚みにされている。
【００３５】
断熱層４の厚みが０．００１μｍより薄くなると、ピンホール等を生じるなど均一な成膜が困難になる虞があり、下地層３上に適切に積層形成させることが困難になる。一方、断熱層４の厚みが１０００μｍより厚くなると、透明性が損なわれる虞がある。
【００３６】
したがって、断熱層４においては、その厚みを０．００１μｍ〜１０００μｍの範囲にすることにより、透明性を損なうことなく下地層３上に適切に積層形成することができる。
【００３７】
以上のような構成の太陽光断熱材１を作製する際は、先ず、シリコンレジンをキシレン等からなる溶媒に所定量分散させた下地層溶液を調製し、この下地層溶液を基材２の主面に略均一に塗布し、室温で乾燥させて下地層３を形成する。
【００３８】
次に、以上のようにして形成した下地層３の主面に、酸化チタンをイソプロピルアルコール等からなる溶媒に分散させた断熱層溶液を略均一に塗布し、室温で乾燥することで酸化チタン膜からなる断熱層４を積層形成する。このようにして、太陽光断熱材１を作製することができる。
【００３９】
以上で説明した太陽光断熱材１では、基材２の主面上に、太陽光が照射されると断熱効果を生じる酸化チタン膜からなる透明な断熱層４が設けられており、太陽光の照射により加熱されて起こる温度上昇を抑制できる。
【００４０】
これにより、太陽光断熱材１では、基材２の断熱層４が設けられた一方主面側に太陽光が照射されると、他方主面側の太陽光の照射による温度上昇を抑えることができる。すなわち、この太陽光断熱材１においては、トタン板、瓦、石膏ボード等といった家屋の屋根や外壁を構成する部材を基材２とした場合、その表面に酸化チタン膜からなる断熱層４を設けることで屋根や外壁を構成する部材を断熱効果の高い断熱材として機能させることが可能となり、太陽光の照射により室内の温度が上昇することを抑制できる。
【００４１】
また、この太陽光断熱材１では、下地層３及び断熱層４が透明であることから、これらの下層側の基材２が透視可能なり、基材２の色や質感を損なうことなく基材２を外部に露出できる。すなわち、太陽光断熱材１においては、基材２にガラス等を用いた場合、その表面に酸化チタン膜からなる断熱層４を設けることでガラスを断熱効果の高い断熱材として機能させることが可能となり、例えば窓からガラスを介して射し込む太陽光により室内の温度が上昇することを抑制できる。
【実施例】
【００４２】
以下、上述した本発明を実証するためのサンプルについて説明する。
【００４３】
〈サンプル１〉
サンプル１では、先ず、厚さ２ｍｍの亜鉛メッキ鋼板に、シリコンレジンの２５重量％キシレン溶液を略均一の厚みに塗布し、室温で乾燥して厚みが３μｍの下地層を形成した。次に、この下地層上に、酸化チタン濃度２．４重量％のイソプロピルアルコール溶液をスプレーで略均一の厚みに塗布し、室温乾燥して厚みが０．１μｍの酸化チタン膜からなる断熱層を形成した。このようにして断熱層を備える屋根材を作製した。
【００４４】
〈サンプル２〉
サンプル２では、下地層の厚みを１μｍにしたこと以外は、上述したサンプル１と同様にして酸化チタン膜からなる断熱層を備える屋根材を作製した。
【００４５】
〈サンプル３〉
サンプル３では、下地層の厚みを０．１μｍにしたこと以外は、上述したサンプル１と同様にして酸化チタン膜からなる断熱層を備える屋根材を作製した。
【００４６】
〈サンプル４〉
サンプル４では、断熱層を設けなかったこと以外は、上述したサンプル１と同様にして断熱層のない屋根材を作製した。
【００４７】
次に、サンプル１及びサンプル４について、太陽光が照射されたときの断熱効果を比較した。
【００４８】
ここでの比較実験は、次にように行った。先ず、図２に示すようなプラスチック製の箱状容器をサンプル毎に用意し、その開口部を覆うように断熱層を上側にして各サンプルを配置した実験装置を作成した。このとき、各サンプルの容器側主面の略中央部に、各サンプルの温度を測定する第１の熱電対を設置し、この第１の熱電対の１５ｃｍ下方、すなわち容器内の略中心部に容器内の温度を測定する第２の熱電対を配置した。そして、各サンプルを６時から１８時まで屋外で太陽光に曝し、そのときの容器内の温度変化を第２の熱電対にて測定した。
【００４９】
以上のようにして測定したサンプル１及びサンプル４における断熱効果を比較した結果を図３に示す。なお、図３においては、縦軸に容器内の温度を示し、横軸に時刻を示している。
【００５０】
図３に示す評価結果から、断熱層を備えるサンプル１は、断熱層のないサンプル４に比べ、容器内の温度上昇が抑えられ、断熱効果が高められていることがわかる。
【００５１】
以上のことから、屋根材を作製する際に、基材に酸化チタン膜からなる断熱層を設けることは、太陽光が照射されたときの温度上昇を抑制させる断熱効果が付与された屋根材を作製する上で大変有効であることがわかる。
【００５２】
次に、下地層の厚みの影響を確認するために、サンプル１〜サンプル３について断熱効果を比較した。
【００５３】
ここでの比較実験は、次のように行った。上述したサンプル１とサンプル４との比較実験で用いた実験装置と同様の実験装置をサンプル２及びサンプル３についても組み立てた。そして、各サンプルについて第１の熱電対と第２の熱電対とで指し示す温度差を測定した。すなわち、屋根材の温度と容器内の温度との温度差を測定した。なお、温度差の測定は、正午に行った。
【００５４】
以上のようにして測定したサンプル１〜サンプル３における断熱効果を比較した結果を図４に示す。なお、図４においては、縦軸に屋根材と容器内との温度差を示し、横軸に下地層の厚みを示している。また、図４中、サンプル１は○印で示し、サンプル２は□印で示し、サンプル３は△印で示している。
【００５５】
図４に示す評価結果から、各サンプルでは、下地層の厚みが厚くなるにしたがって屋根材と容器内との温度差が広がっていることがわかる。具体的に、サンプル３は、サンプル１に比べて温度差が倍になっていることから、断熱効果が大きくなっていることがわかる。
【００５６】
しかしながら、下地層が断熱効果に大きく影響するのであれば、サンプル１の下地層に対してサンプル３の下地層の厚みは３０倍であることから、温度差も下地層の厚みに比例して大きくなるはずである。
【００５７】
そうしてみると、サンプル１〜サンプル３においては、下地層の厚みが１０倍、３０倍となっても、温度差はそれに比例していないことから、断熱効果に対する下地層の影響は少なく、断熱効果は酸化チタン膜からなる厚みが０．１μｍの断熱層が大きく影響していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明が適用された太陽光断熱材を示す断面図である。
【図２】同太陽光断熱材として作製した屋根材の断熱効果を確認するための実験装置を一部透視して示す斜視図である。
【図３】屋根材における断熱層の断熱効果を示す特性図である。
【図４】温度差と下地層との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  太陽光断熱材、２  基材、３  下地層、４  断熱層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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